Система управления для объектов с переменным запаздыванием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 119) (11) 1504 С 05 В 13 ф( 1 Г 14 т411и 1лфВЫЯИ 1)ТР 1( ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 22) У 11,И.Вин анк тво СССР 02, 1984 о СССР 02, 1984 ель 13 ьст 13ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ЕМ тся к автома- регулированию о для орг я техноловле ниэации систе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 4074275/24-2429.04,8623.03,88. Бюл.Н,Н.Алферьев, Вочкин и В.АйШун62.50(088.8)Авторское свиде0241, кл, С 05торское свидете1884, кл. С 05(57) Изобретение откос тическому управлению и и может быть использов гическими объектами с переменным запаздыванием. Цель изобретения - расширение области применения системыпри одновременном упрощении ее конструкции. В системе реализуется принцип синхронного запаздывания. Система содержит эадатчик 1 параметра,аналого-цифровой преобразователь 3(АЦП), оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), преобразователь 39код - напряжение, аналоговые ключи2, 5, компаратор 22, преобразовательнапряжение - частота 15, два управляющих триггера 10, 25, задатчики 1624, четыре одновибратора 11, 19, 20.23, счетчик 14 адреса, элементы И 12ИЛИ 13, ИЛИ-НЕ 9 датчик 18 параметра, инверторы 4, 21 и объект 17 уп1383291 равления, представляющий установкудля нанесения фоторезиста на стеклян"ную заготовку. Задатчик 1 формируетсигнал для управления приводом, перемещающим контрольную линейку и заготовку, Запаздывание между формированием сигнала и контролем толщиныслоя фоторезиста имитирует в системепосредством звена, имеющего память Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированиюи может быть использовано для организации систем управления технологическими объектами с переменным запаздыванием.Цель изобретения - расширениеобласти применения системы при одновременном упрощении ее конструкции,На фиг. 1 показана Функциональнаясхема системы, управления для объектов с переменным эапаздыванием нафиг. 2 - структурная схема объектауправления;" на фиг, 3 - графики зависимости толщины наносимого фоторе -зиста от времени, на фиг, 4 - временные диаграммы работы системы врежиме записи в ОЗУ, на Фиг. 5 - временные диаграммы работы системы врежиме перехода от записи в п-юячейку к чтению содержимого (и+1)-йячейки ОЗУ,Система управления для объектов спеременным запаздыванием содержитзадатчик 1 параметра, первый аналоговый ключ 2, аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), первый инвертор 4, второй аналоговый ключ 5, цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП)с преобразователем 7 ток - напряжение, оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), элемент ИЛИ-НЕ 9.,управляющий триггер 10. третий одновибратор 11, элемент И 12, элементИЛИ 13, счетчик 14 адреса, преобразователь 15 напряжение - частота,первый задатчик 16, объект 17 управления, датчик 18 параметрапервыйодновибратор 19, второй одновибратор20, второй инвертор 21, компаратор 10 15 20 25 30 35 40 ОЗУ 8, До достижения номинальнойтолщины слоЫ, измеряемой датчиком,в ОЗУ 8 записывается текущее значениескорости. При совпадении заданногои измеренного значений скорости система формирует сигнал, переводящийОЗУ 8 в режим чтения и коммутирующийнапряжение, задающее, скорость привода, 5 ил. 22, четвертый одновибратор 23, второйзадатчик 24, второй управляющий триггер 25. стабилизированный электропривод 26 постоянного тока, электродвигатель 27 постоянного тока, передачу 28 винт-гайка, рычаг 29, кронштейн 30, держатель 31 контрольнойлинейки, контрольную линейку 32,держатель 33 заготовки, заготовку34, бак 35, наполненный фоторезистом36, редуктор 37. измерительную систему 38 (датчика 18 параметра), преобразователь 39 код - напряжение.Задатчик 1 генерирует на выходефункциональную зависимость линейногонарастания пар".метра (напряжениязадающего скорость) во времени свозможностью регулирования скоростинарастания и установки произвольногоначального уровня. Электродвигатель27 объекта 17 управления через редуктор 37 с передаточным отношениемЯи передачу 28 винт - гайка соедиИ,нен с рычагом 29, на котором жесткозакреплен кронштейн 30. На кронштейне закреплены держатель 31 с контрольной линейкой 32 и держатель 33с заготовкой 34. Держатели 31 и 33размещены в баке 35 с фоторезистом36. В зоне контроля М, размещена измерительная система 38 датчика 18,Система управления предназначенадля определения оптимальной скоростидвижения заготовки при нанесении фоторезиста на заготовку методом окунания в установку для нанесения фоторезиста. Технологический процесснанесения фоторезиста при условииконтроля выходного параметра (толщи-ны наносимого слоя фоторезиста) в силу его специфики невозможно осуществить таким образом, чтобы формирование существенного параметра и его контроль осуществлялись одновре 5 менно. Особенно большие трудности в управлении объектом возникают при условии влияния входного (управляющего) параметра на величину запаздывания о . Однако в некоторых случаях непрерывный контроль параметра не является обязательным вследствие малой скорости изменения возмущающих воздействий. В этих случаях на определенный цикл работы (например, нане,сение слоя фоторезиста на одну заготовку или небольшую партию заготовок) достаточно однократного определения значения оптимального управляющего параметра, При нанесении слоя фоторезиста на заготовку методом окунания толщина формируемого слоя эави" сит от скорости ч движения заготовки, Возмущающими воздействиями являются температура и вязкость раствора фоторезиста, атмосферное давление. Однако так как цикл нанесения длится несколько минут в данном случае нет необходимости в непрерывном контроле толщины пленки наносимого фотореэиста. Зависимость толщины й наносимой пленки от скорости ч движения заготовки определяется выражениемй =Дч35где К - коэффициент, определяемыйсвойствами фоторезиста и материала заготовки.Скорость движения заготовки (соот 40 ветственно и скорость привода) изменяется по закону, определяемому задатчиком 1, При этом датчик 18 параметра (толщина слоя фоторезиста) вы 45 дает сигнал, который сравнивается с опорным, При совпадейии сигналов привод переключается на задание той скорости, на которой был нанесен данный участок. Для определения этой скорости реализуется принцип синхрон О ного запаздывания. Система управления имитирует запаздывание, зависящее от скорости движения заготовки, тке55л Ь-- )1ч,где Ь - конструктивный параметр,определяемый расстоянием от зоны(фиг. 2) формирования слоя до зоны1 контроля толщины слоя, т.е. запаздывание с обусловлено перемещениемучастков контрольной линейки 32 отзоны нанесения к зоне контроля нанекоторое конструктивно-заданноерасстояние Ь и с конкретной скоростью ч,Система управления передает напривод 26 сигнал о скорости синхронно с подходом соответствующего участка пленки фоторезиста, нанесеннойна данной скорости, Таким образом,несмотря на наличие запаздывания, вкаждый момент времени имеется сигнало толщине слоя, в зоне контроля иинформации в ОЗУ 8 о величине скорости движения заготовки, на которойэтот слой наносился. Пусть графикизменения толщины Й фоторезиста вовремени, определяемой скоростью,формируемой задатчиком изображен линиейй(с) (фиг. 3), тогда изменение толщины слоя в зоне контроля будет изображаться кривой Й(С - с ), точки которой будут иметь запаздывание относительно соответствующих точек зависимости й(с) на величину, различнуюдля разных Й и убывающую с ростомтолщины, так как большей толщине потехнологии нанесения соответствуетбольшая скорость нанесения, Если Й - толщина, соответствующая начальной скорости задатчика 1, а й - толщина, соответствующая его номинальной скорости, то пересечение зависимостей Й и Й(г - с ) в момент времени г., соответствует на зависимости Й(С), определяемой задатчиком, толщине слоя И+ ЬЙ), т.е. в момент обнаружения в зоне контроля номинальной толщины в установке нанесения формируется более толстый слой, отличный от номинального на величину Ьс 1. Поэтому для формирования слоя номинальной толщины Й в момент времени с, привод 26 необходимо переключить на задание той скорости, на которой была нанесена номинальная толщина. Определение этой скорости осуществляется в системе управления, причем задержка сигнала цифровым методом моделируется по тому же закону, каким определяется и запаздывание на объекте. Имитация переменного запаздывания Г реализуется посредством звена, имеющего память, в частности ОЗУ 8. Информация задатчика 1,гиТп 10 П(ч) 1ЩЬ) КС20 5 13832 предварительно преобразованная в циф. ровой код, записывается в ОЗУ 8, Переход от одной ячейки ОЗУ к следующей происходит с частотой 1 (перио" дом Т), зависящей от входного сигнала, пропорционального задаваемой скорости привода Адреса ячеек формируются счетчиком 14 адреса. Период поступления импульсов на его счетный вход связан с величиной входного сигнала, пропорционального скорости, соотношением где П(у) - напряжение задатчика 1,формирующее величину ч,БЬ) - напряжение на задатчике16, формирующее величинуЬ;К,С - элементы, определяющиепостоянную времени интегратора, на базе которогореализован преобразователь15 напряжение - частота,Текущая информация о величине скорости в виде кода с выхода АЦП 3 обновляется с частотой преобразования АцП 3, Схема перебора ячеек ОЗУ работает в автономном цикле и непрерыв но. инкрементирует адрес ОЗУ с частотой, .пропорциональной скорости, формируемой задатчиком 1, Входные данные постоянно находятся на входах данных ОЗУ 8 и смена их во время записи запрещена, В режиме записи сигнал ЗП/4 Т постоянно установлен на "Запись". Импульсом одновибратора 19 через элемент ИЛИ-НЕ 9 по входу СЯ "Выбор кристалла" записывается текущая информация, после чего с задержкой, определяемой одновибратором 20, импульсом одновибратора 11 через элементы ИЛИ 12 и И 13 меняется адрес в счетчике (увеличивается на единицу -50 инкрементируется); следующий цикл записи происходит аналогично, но уже по вновь установившемуся адресу. Модель преобразования скорости в частоту реализована в системе управления 5 в дискретном виде. Если в память бесконечной величины при использовании ОЗУ с циклической адресацией ячеек записывать коды текущих значений скорости, увеличивая через каждый шагномер ячейки памяти на 1, а считыватьинформацию одновременно из ячеек,номера которых меньше на число и, тосчитываемая информация будет запаздывать относительно записанной на время где и - число номеров, на котороеячейка, принимающая информацию, предшествует ячейке,выдающей информацию,Таким образом, время запаздываниясигнала обратно пропорционально частоте счетчика адреса, которая моделирует скорость движения заготовкич, т.е. сигнал, пропорциональныйскорости, преобразуется в частотуимпульсов, которые управляют счетчиком 14 адреса.Сигнал с задатчика 1 через аналоговый ключ 2 поступает на электопривод 26, обеспечивающий стабильнуюскорость вращения электродвигателя27. Скорость вращения электродвигателя я, посредством редуктора 37 (Я )и передачи 28.винт - гайка передается на рычаг 29, который обеспечиваетлинейное перемещение кронштейна 30,При движении кронштейна вверх одновременно с ним перемещается держатель 31 контрольной линейки 32, апосле установления скорости, соответствующей номинальной толщине Й фоторезиста, перемещается вверх и держатель 33 со стеклянной заготовкой 34.Задержку перемещения держателя 33обеспечивает паз, выполненный в месте взаимодействия держателя 33 скронштейном 30. В процессе перемещения заготовки 34 вверх на нее наносится слой фоторезиста 36 из бака 35.До тех пор, пока сигнал с датчика18 не достиг номинального значения,схема работает в режиме записи вОЗУ 8 текущих значений скорости,так как код текущей скорости постоянно находится на выходном регистреАЦП 3. Преобразователь 15 напряжение -частота формирует импульсы, запускающие первый одновибратор 19,(фиг.,4),По сигналам одновибратора 19 черезэлемент ИЛИ-НЕ 9 сигналом СЯ (выборкристалла) в ОЗУ записывается текущее значение кода скорости. Для исключения искаженИя информации на вре 138329115 20 55 мя записи в ОЗУ сигналом с одновибратора 19 на АЦП 3 запрещается запись информации в выходные регистры АЦП, По спаду импульса первого одновибратора 19 запускается второй одновибратор 20, по спаду импульса которого запускается третий одновибратор 11. Импульсы с третьего одновибратора 11 через элементы 12 и 13 поступают на счетный вход адресного счетчика 14, Второй задатчик 24 формирует Ц(д).В момент достижения Б(Й) = Б(д)з (фиг. 5) компаратор 22 опрокидывается и запускается четвертый одновибратор 23, фронтом импульса которого перебрасывается управляющий триггер 25. Сигнал этого триггера переводит ОЗУ по входу ЗП/4 Т в режим чтения, блокируя при этом при помощи элемента И 12 приход импульсов с третьего одновибратора 11 на адресный счетчик 14, По спаду импульса с четвертого одновибратбра 23 перебрасывается управляющий триггер 10, выходным сигналом которого счетчик 14 адреса переводится на выдачу адреса следующей ячейки, а через элемент ИЛИ-НЕ 9 формируется сигнал СБ для ОЗУ 8, Одновременно посредством инвертора 4 коммутируется задающее напряжение Ц(ч).По адресу (и+1)-й ячейки ОЗУ 8 выдает содержимое ячейки с номером (и+1), т.е. ячейки, запись в которую была произведена ранее за и шагов адресного счетчика 14. С выходов ОЗУ 8 код скорости поступает на входы преобразователя код - напряжение 39. состоящего из ЦАП (6), имеющего токовый выход, и операционного усилителя 7 для преобразования тока в напряжение. Восстановленный сигнал задатчика 1 через аналоговый ключ 5 подается на привод 27 объекта 17 управления, задавая необходимую скорость.Реализация принципа синхронного запаздывания позволяет решить задачу определения номинального управляющего воздействия для объектов с переменным запаздыванием небольшими аппаратурными затратами. Формула изобретения Система управления для объектов спеременным запаздыванием, содержащая объект управления, подключенныйвыходом к входу датчика параметра,задатчик параметра, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения системы приодновременном упрощении ее конструкции, в нее введены оперативное запоминающее устройство, аналого-цифровойпреобразователь, счетчик адреса,первый и второй аналоговые ключи,преобразователь код - напряжение,первый и второй инверторы, элементИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ, элемент И, первый ивторой управляющие триггеры,преобразователь напряжение - частоты,первый и второй задатчикп, компаратор, первый, второй, третий и четвертый одновибраторы, причем выходзадатчика параметра соединен с информационным входом первого аналоговогоключа, с входом аналого-цифровогопреобразователя и с информационнымвходом преобразователя напряжение -частота, подключенного опорным входомк выходу первого задатчика, а выходом - к входу первого одновибратора, выход которого соединен с входом запрета аналого-цифрового преобразователя, с первым входом элементаИЛИ-НЕ и с входом второго одновибратора, выход которого подключен через третий одновибратор к первомувходу элемента И, подключенного выходом к первому входу элемента ИЛИ,выход которого соединен со счетнымвходом счетчика адреса, разрядныевыходы которого подключены соответственно к адресным разрядным входамоперативного запоминающего устройства, разрядные выходы которого соединены соответственно с разряднымивходами преобразователя код - напряжение, подключенного выходом к информационному входу второго аналогового ключа, выход которого соединенс входом объекта управления и с выходом первого аналогового ключа, управляющий вход которого соединен через первый инвертор с управляющимвходом второго аналогового ключа инепосредственно - с вторым входомэлемента ИЛИ, с выходом первого управляющего триггера и с вторым входомэлемента ИЛИ-НЕ, подключенного выходом к входу выбора кристалла оперативного запоминающего устройства,.информационные разрядные входы которого соединены соответственно с раз 1 383291 10рядными выходами аналого-цифрового преобразователя, а вход записи-чтения соединен с вторым входом элемента И и с выходом второго управляющего триггера, тактовый вход которого подключен через второй инвертор к тактовому входу первого управляющего триггера, а непосредственно - к выходу четвергого одновибратора, вход которого соединен с выходом компара тора, подключенного опорным входом к выходу второго задатчика, а информационным входом - к выходу датчика параметра.